Межі у фізіології

Мітохондріальні дослідження

Ця стаття є частиною Теми дослідження

Роль контролю якості мітохондрій у фізіології міокарда та мікросудин та патофізіології Переглянути всі 12 статей

Редаговано

Хао Чжоу

Загальнолікарня Народно-визвольної армії, Китай

Переглянуто

Ін Тан

Лікарня Наньфан, Південний медичний університет, Китай

Цзінь Ван

Перша афілійована лікарня китайської загальної лікарні НВАК, Китай

Анна Шмідт

Університет Західного штату Колорадо, США

Приналежності редактора та рецензентів є останніми, наданими в їхніх дослідницьких профілях Loop, і вони можуть не відображати їх ситуацію на момент огляду.

Завантажити статтю
- Завантажте PDF
- ReadCube
- EPUB
- XML (NLM)
- Додаткові
  Матеріал
Експортне посилання
- EndNote
- Довідковий менеджер
- Простий текстовий файл
- BibTex

ПОДІЛИТИСЯ НА

СТАТТЯ Оригінального дослідження

1 Кафедра кардіології, афілійована лікарня Чендського медичного коледжу, Ченде, Китай
2 Перше відділення медицини, міська лікарня традиційної китайської медицини Ченде, Ченде, Китай

Вступ

Запалення міокарда є ознакою кількох серцево-судинних розладів, таких як інфаркт міокарда, ішемія-реперфузія міокарда, діабетична кардіоміопатія та пошкодження міокарда, пов'язані з сепсисом (Gebhard et al., 2018; Zhong et al., 2019). Імунні клітини та прозапальні цитокіни, що беруть участь у запальному процесі, сприяють дисфункції кардіоміоцитів, що сприяє прогресуванню серцево-судинних захворювань, тяжкості та результатів (Ziegler, 2005). Однак молекулярні механізми, що лежать в основі опосередкованої дисфункції кардіоміоцитів, до кінця не вивчені.

Мітохондрії відіграють центральну роль у регуляції життєздатності та функції кардіоміоцитів (Wider et al., 2018). Вони є основним джерелом продукування АТФ у кардіоміоцитах за допомогою окисного фосфорилювання та мають важливе значення для регуляції скорочувальної здатності кардіоміоцитів (Santin et al., 2019). Крім того, пошкоджені мітохондрії індукують загибель кардіоміоцитів, викликаючи окислювальний стрес, виснаження АТФ, вивільнення проапоптотичних факторів та перевантаження кальцієм (Wang et al., 2019; Antonucci et al., 2020). Повідомлялося також про пов’язані із запаленням метаболічні зміни в мітохондріях. Пірроцці та ін. (2020) повідомили, що запалення печінки спричиняє аберрантний метаболізм жирних кислот у мітохондріях. Протизапальний ефект омега-3 (DHA) при нейродегенеративних захворюваннях опосередковується зміною функцій мітохондрій (Braz-De-Melo et al., 2019). Надмірна експресія SIRT3 сприяє підвищенню функції мітохондрій та послаблює запалення судин, дисфункцію ендотелію, гіпертрофію судин та ангіостеоз. Пошкодження спинного мозку, пов’язане із запаленням (SCI), спричинене надмірною продукцією мітохондріально активних форм кисню (АФК). Однак взаємозв'язок між дисфункцією мітохондрій та пошкодженням кардіоміоцитів, пов'язаним із запаленням, досі не вивчався.

Матеріали та методи

Культура клітин та лікування

Клітинну лінію кардіоміоцитів H9C2 культивували в середовищі модифікованого орла Дульбекко (DMEM) (Nacalai Tesque Inc., Кіото, Японія), що містить 10% FBS, 100 мкг/мл стрептоміцину та 100 од/мл пеніциліну у зволоженій камері при 37 ° C. у 5% СО2, як повідомлялося раніше (Kim et al., 2019). Клітини H9C2 активували, використовуючи 10 мкг/мл ліпополісахаридів (LPS) протягом 24 годин. Активність Mst2 пригнічувалась інкубацією клітин H9C2 інгібітором Mst2 XMU-MP1 (Кат. № 6482, Bio-Techne China Co. Ltd.) протягом 6 год.

Імунофлуоресцентне фарбування

Клітини H9C2, оброблені LPS- або XMU-MP1, фіксували 4% параформальдегідом протягом 10 хв, тричі промивали холодним PBS і блокували 5% BSA в PBS на льоду протягом 30 хв. Потім клітини H9C2 інкубували протягом ночі при 4 ° C з первинним антитілом проти TOM20 (1: 1000, Abcam, # ab186735). Потім, після промивання холодним PBS тричі, клітини фарбували вторинним антитілом козячого антимиша Alexa Fluor-594 в 1% BSA/PBS протягом 1 години при 4 ° C. Потім клітини проникали 0,5% сапоніну протягом 15 хв при кімнатній температурі, фарбували DAPI, і зображення знімали за допомогою конфокального мікроскопа Nikon A1 (Wolint et al., 2019).

Мітохондріальний мембранний потенціал

Потенціал мітохондріальної мембрани в клітинах H9C2 визначали за допомогою барвника JC-1 (Кат. No: C2006; Бейотім, Китай). Коротше кажучи, клітини H9C2 тричі промивали PBS, а потім фарбували JC-1 протягом 30 хв у темряві. Потім клітини тричі промивали PBS і знімали зображення за допомогою конфокального мікроскопа Nikon A1 (van Duinen et al., 2019).

Фарбування АФК в мітохондріях

Ми фарбували клітини H9C2 червоним мітозоксом, чутливим до супероксиду барвником мітохондрій, як описано раніше (Aluja et al., 2019). Коротше кажучи, клітини H9C2 тричі промивали PBS, а потім фарбували червоним Mitosox протягом 30 хв у темряві. Потім, після промивання клітин PBS, зображення знімали за допомогою конфокального мікроскопа Nikon A1.

ТУНЕЛ фарбування

Клітини H9C2 інкубували з кінцевим ферментом дезоксинуклеотидилтрансферази (TdT) та 2'-дезоксиуридин 5'-трифосфатом (dUTP) при 37 ° C протягом 1 години (Coverstone et al., 2018). Потім ядра фарбували 4 ', 6-діаміно-2-феніліндол (DAPI; Beyotime, C1006) протягом 5 хв. Пофарбовані клітини фотографували за допомогою флуоресцентного мікроскопа (Olympus FV3000RS) та аналізували відсоток апоптотичних клітин для кожного зразка.

Аналіз МТТ

Аналіз МТТ проводили, як описано раніше. Коротко кажучи, ми засіяли 1 × 10 4 клітин H9C2 на лунку в 96-лункові планшети на ніч з наступною інкубацією з LPS протягом 24 годин. Потім, після видалення середовища, додавали свіже середовище, доповнене 0,5 мг/мл МТТ (Solarbio), і клітини культивували ще протягом 4 годин. Потім середовище видаляли, а продукт формазану, що утворився в клітинах, екстрагували 100 мкл диметилсульфоксиду (DMSO; Beyotime; Farber et al., 2018). Абсорбцію зчитували при 570 нм за допомогою зчитувача мікропланшетів (Біотехнологія, пов’язана з ферментами, Шанхай, Китай), а життєздатність клітин в експериментальній групі нормалізували до контролю (Rusnati et al., 2019).

Кількісна ПЛР у реальному часі

Загальну РНК із клітин H9C2 виділяли, як описано раніше (Wolint et al., 2019), використовуючи набір Quick-RNA MicroPrep (дослідження Zymo). Потім загальна РНК 150–250 нг транскрибувалась за допомогою набору синтезу кДНК iScript (Bio-Rad). Зразки кДНК розбавляли в 10 разів ddH2O. Кількісну ПЛР у реальному часі проводили з використанням 2 мкл кДНК від кожного зразка в LightCycler 480 (Roche). Відносну експресію мРНК розраховували за допомогою методу 2 ΔΔCt з 18S РНК як внутрішній контроль (Dassanayaka et al., 2019).

Статистика

Дані виражаються як середні значення ± SEM. Двохвостий студент т-тест використовувався для порівняння двох груп, а односторонній або двосторонній ANOVA з тестом Тукі для порівняння кількох груп. стор * стор * стор * стор * стор * стор 2+ перевантаження при хронічному постішемічному переробці серця. Клітинна смерть відрізняється. 27, 1907–1923. doi: 10.1038/s41418-019-0470-y

Silverblatt, J. A., Ziff, O. J., Dancy, L., Daniel, A., Carter, B., Scott, P., et al. (2019). Терапії для обмеження травми міокарда на тваринних моделях міокардиту: систематичний огляд та мета-аналіз. Основні Res. Кардіол. 114: 48. doi: 10.1007/s00395-019-0754-x

Song, X., і Li, T. (2019). Ripk3 опосередковує некроз кардіоміоцитів шляхом націлювання на мітохондрії та шлях JNK-Bnip3 при пошкодженні гіпоксією-реоксигенацією. J. Прийом. Перетворювач сигналу. Рез. 39, 331–340. doi: 10.1080/10799893.2019.1676259

Su, H. H., Liao, J. M., Wang, Y. H., Chen, K. M., Lin, C. W., Lee, I. H., et al. (2019). Екзогенний GDF11 послаблює неканонічну передачу сигналів TGF-бета для захисту серця від гострої ішемії-реперфузії міокарда. Основні Res. Кардіол. 114: 20. doi: 10.1007/s00395-019-0728-z

Тріндейд, Ф., Віторіно, Р., Лейте-Морейра, А., та Фалькао-Пірес, І. (2019). Перикардіальна рідина: недооцінена молекулярна бібліотека серцевих захворювань і потенційний носій для серцевої терапії. Основні Res. Кардіол. 114: 10. doi: 10.1007/s00395-019-0716-3

Турунен, С. П., фон Нандельштад, П., Охман, Т., Гуччіардо, Е., Сішор-Ладлоу, Б., Мартінс, Б. та ін. (2019). FGFR4 фосфорилює MST1 для надання клітинам раку молочної залози стійкості до MST1/2-залежного апоптозу. Клітинна смерть відрізняється. 26, 2577–2593. doi: 10.1038/s41418-019-0321-x

ван Дуйнен, В., Чжу, Д., Рамакерс, К., ван Цонневельд, А. Дж., Вульто, П. та Ганкемайер, Т. (2019). Перфузоване 3D-ангіогенне проростання на високопродуктивній платформі in vitro. Ангіогенез 22, 157–165. doi: 10.1007/s10456-018-9647-0

Walraven, M., Homs, M.Y. V., van der Veldt, A. A. M., Dekker, H., Koldenhof, J., Honeywell, R., et al. (2018). Функція тромбоцитів порушується інгібіторами ангіогенезу сунітинібом та сорафенібом, але бевацизумаб не впливає. Ангіогенез 21, 325–334. doi: 10.1007/s10456-018-9598-5

Wang, X., Ha, T., Liu L., Hu, Y., Kao, R., Kalbfleisch, J., et al. (2018). TLR3 опосередковує відновлення та регенерацію пошкодженого серця новонароджених за допомогою експресії miR-152, регульованої гліколізом YAP1. Клітинна смерть відрізняється. 25, 966–982. doi: 10.1038/s41418-017-0036-9

Ванг М., Сміт К., Ю. К., Міллер К., Сінгх К. та Сен К. К. (2019). Мітохондріальний коннексин 43 у залежних від статі відповідях міокарда та опосередкованому естрогеном серцевому захисті після гострої ішемії/реперфузійної травми. Основні Res. Кардіол. 115: 1. doi: 10.1007/s00395-019-0759-5

Ван Дж., Тоан С. та Чжоу Х. (2020а). Контроль якості мітохондрій при серцево-судинній ішемічно-реперфузійній травмі: нові уявлення про механізми та терапевтичний потенціал. Фармакол. Рез. 156: 104771. doi: 10.1016/j.phrs.2020.104771

Ван Дж., Тоан С. та Чжоу Х. (2020b). Нові уявлення про роль мітохондрій у серцево-судинній ішемії/реперфузійному ураженні. Ангіогенез 23, 299–314. doi: 10.1007/s10456-020-09720-2

Wider, J., Undyala, V. V. R., Whittaker, P., Woods, J., Chen, X., and Przyklenk, K. (2018). Віддалене ішемічне попереднє зумовлене зменшенням розміру інфаркту в моделі жирного щура Цукера при цукровому діабеті типу 2: роль дефектного гуморального спілкування. Основні Res. Кардіол. 113: 16. doi: 10.1007/s00395-018-0674-1

Wolint, P., Bopp, A., Woloszyk, A., Tian, Y., Evrova, O., Hilbe, M., et al. (2019). Клітинна самозбірка у тривимірні мікротканини підсилює ангіогенну активність та функціональну здатність неоваскуляризації людських кардіопоетичних стовбурових клітин. Ангіогенез 22, 37–52. doi: 10.1007/s10456-018-9635-4

Won, G. W., Sung, M., Lee, Y., and Lee, Y. H. (2019). Кіназа MST2 регулює диференціацію остеобластів шляхом фосфорилювання та інгібування Runx2 в клітинах C2C12. Біохім. Біофіза. Рез. Комун. 512, 591–597. doi: 10.1016/j.bbrc.2019.03.097

Ян, З., Чжен, Б., Чжан, Ю., Він, М., Чжан, Х. Х., Ма, Д. та ін. (2015). miR-155-залежна регуляція стерильної 20-подібної кінази 2 ссавців (MST2) координує запалення, окислювальний стрес і проліферацію в клітинах гладких м'язів судин. Біохім. Біофіза. Acta 1852, 1477–1489. doi: 10.1016/j.bbadis.2015.04.012

Zhang, H., Jin, B., and Faber, J. E. (2019a). Миші-моделі хвороби Альцгеймера спричиняють розрідження піларних колатералей та посилення тяжкості ішемічного інсульту. Ангіогенез 22, 263–279. doi: 10.1007/s10456-018-9655-0

Чжан Х. Ф., Ванг Ю. Л., Тан Ю. З., Ван Х. Дж., Тао П., Чжоу П. (2019b). Посилення серцевого лімфангіогенезу шляхом трансплантації CD34 + VEGFR-3 + ендотеліальних клітин-попередників та тривалого вивільнення VEGF-C. Основні Res. Кардіол. 114: 43. doi: 10.1007/s00395-019-0752-z

Zheng, Q., Pan, L., and Ji, Y. (2019). H 2S захищає від атеросклерозу, прискореного діабетом, запобігаючи активації NLRP3 запального процесу. Дж. Біомед. Рез. 34, 94–102. doi: 10.7555/JBR.33.20190071

Zhong, J., Tan, Y., Lu, J., Liu, J., Xiao, X., Zhu, P., et al. (2019). Терапевтичний внесок мелатоніну у лікування септичної кардіоміопатії: новий механізм, що пов'язує модифіковану Ripk3 мітохондріальну ефективність та функцію ендоплазматичного ретикулума. Редокс Біол. 26: 101287. doi: 10.1016/j.redox.2019.101287

Zhou, H., Wang, J., Zhu, P., Zhu, H., Toan, S., Hu, S., et al. (2018а). NR4A1 погіршує реперфузійну травму мікроіскулярної ішемії серця шляхом придушення опосередкованої FUNDC1 мітофагії та сприяння розподілу мітохондрій, необхідного для Mff, за допомогою CK2alpha. Основні Res. Кардіол. 113: 23. doi: 10.1007/s00395-018-0682-1

Zhou, H., Zhu, P., Wang, J., Toan, S., and Ren, J. (2019). DNA-PKcs сприяє захворюванню печінки, пов'язаному з алкоголем, активуючи поділ мітохондрій, пов'язаний з Drp1, і пригнічуючи мітофагію, необхідну FUNDC1. Перетворювач сигналу. Цільова термо. 4:56. doi: 10.1038/s41392-019-0094-1

Zhou, H., Zhu, P., Wang, J., Zhu, H., Ren, J., and Chen, Y. (2018b). Патогенез реперфузійної травми ішемії серця пов'язаний з порушеним CK2 альфа-мітохондріальним гомеостазом шляхом придушення мітофагії, пов'язаної з FUNDC1. Клітинна смерть відрізняється. 25, 1080–1093. doi: 10.1038/s41418-018-0086-7

Циглер Д. (2005). Діабет 2 типу як запальний серцево-судинний розлад. Curr. Мол. Мед. 5, 309–322. doi: 10.2174/1566524053766095

Ключові слова: Mst2, запалення, ділення мітохондрій, кардіоміоцити, FCCP

Цитування: Tian Y, Song H, Qin W, Ding Z, Zhang Y, Shan W and Jin D (2020) Ссавці STE20-подібна кіназа 2 сприяє запаленню і апоптозу кардіоміоцитів, опосередкованому ліпополісахаридами, посилюючи ділення мітохондрій. Спереду. Фізіол. 11: 897. doi: 10.3389/fphys.2020.00897

Отримано: 28 травня 2020 р .; Прийнято: 02 липня 2020 р .;
Опубліковано: 06 серпня 2020 року.

Хао Чжоу, Генеральний госпіталь Народно-визвольної армії, Китай

Анна Шмідт, Університет Західного штату Колорадо, США
Джин Ван, перша афілійована лікарня китайської загальної лікарні НВАК, Китай
Ін Тан, Південний медичний університет, Китай